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北航团队探秘“水下壁虎” 仿生应用潜力大

2017-09-21 20:26:51 来源:新华网 责任编辑:

新华社北京9月21日电(记者李江涛)9月21日,国际顶级期刊《科学》杂志机器人子刊《科学·机器人学》以长篇封面刊登北航文力课题组牵头、与哈佛大学合作的科研团队最新研究成果——仿生(印加鱼旁)鱼软体吸盘机器人。

北京航空航天大学文力副教授牵头的国际合作团队,近日揭示了(印加鱼旁)鱼软体吸盘的仿生学原理并首次制作出仿生机器人样机。

据文力介绍,(印加鱼旁)鱼可以在游动中通过头部的吸盘完成对鲨鱼、海豚、海龟等不同海洋生物的快速吸附。生物学家形象地将该行为称为“搭顺风车”,从而减少(印加鱼旁)鱼自身的能耗。其头部的吸盘是由背鳍进化而成,被生物学家称作“脊椎动物解剖学上最奇妙的结构之一”。

据了解,该研究涉及包括生物力学、材料、化学、机器人等多个研究领域交叉。该项目共历时4年。课题组先后通过环境扫描电镜、高速相机同步运动追踪等生物测量手段,获得(印加鱼旁)鱼吸盘的宏观与微尺度结构与运动模式。

研究团队进一步利用复合多材料3D打印技术实现一体化打印成形,吸盘样机材料刚度跨越三个数量级。同时,利用高精度激光加工技术制作了碳纤维硬质小刺(底部直径270微米)嵌入到复合材料的样机鳍片中。同时,课题组用轻量化、防水的软体纤维增强的直线驱动器驱动,实现了(印加鱼旁)鱼吸盘内部鳍片的微动。仿生样机在光滑表面能够产生340倍,在粗糙表面上产生约100倍自重的吸附力。这种机器人虽然吸附力可观,却不会对吸附表面造成破坏。它在军民领域都有良好的应用前景,如国防科技、水下救援、海洋生态检测等方面,可发挥重要作用。

课题组还首次揭示,吸盘内部鳍片的主动抬起、鳍片上硬质小刺以及软组织的协同作用,使(印加鱼旁)鱼能吸附在多尺度的粗糙表面。

研究人员通过将仿生样机集成到水下机器人上,实现了类似(印加鱼旁)鱼的游动-吸附-脱离。这项研究工作不但从生物力学角度揭示(印加鱼旁)鱼的吸附机制,同时为未来的低功耗水下仿生软体机器人、水下吸附装置提供了新的思路。

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